فهرست مطالب

مجله مواد و فناوری های پیشرفته
سال نهم شماره 3 (پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/10/27
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محسن سمیعی، زهرا سادات سید رئوفی، محمدجواد اشراقی* صفحات 1-10

    امروزه آلیاژهای منیزیم به عنوان مواد زیست تخریب پذیر نسل جدید، توجه محققین زیادی را به خود جلب کرده اند. در این پژوهش، جهت بهبود زیست - سازگاری آلیاژهای منیزیم، پوشش دولایه TiO2/MgO به روش کندوپاش مغناطیسی روی آلیاژ منیزیم AZ91 تشکیل شد و ریزساختار، رفتار خوردگی و خواص زیست سازگاری پوشش تحت بررسی قرار گرفت. ریزساختار پوشش با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) تحت مطالعه قرار گرفت و ترکیب فازهای موجود به کمک پراش اشعه ایکس(XRD)  تعیین شدند. رفتار خوردگی آلیاژها نیز به کمک آزمون الکتروشیمیایی پلاریزاسیون در محلول شبیه سازی شده بدن (SBF) مورد سنجش قرار گرفت. به منظور بررسی زیست سازگاری نمونه ها با محیط بدن از آزمون ارزیابی کمی سمیت (MTT) و چسبندگی سلولی استفاده شد. نتایج حاصل نشان داد که پتانسیل خوردگی پس از پوشش دهی سطح با TiO2/MgO مثبت تر شده به گونه ای که از V 532/1- برای نمونه بدون پوشش، به V 436/1- برای نمونه با پوشش تغییر یافته است. مورفولوژی پوشش تشکیل شده شبه کروی بوده و مطابق نتایج آنالیز XRD، ترکیبات MgTi2O5 و MgTiO3  تشکیل گردید. نتایج آزمون زیست سازگاری نیز نشان داد که درصد زنده ماندن سلول ها روی نمونه پوشش داده شده نسبت به نمونه بدون پوشش افزایش پیدا کرده است.

    کلیدواژگان: آلیاژ منیزیم، پوشش TiO2، MgO، کندوپاش مغناطیسی، خوردگی، زیست سازگاری
  • اعظم باجقلی، مهدی میرزایی*، محمدرضا جهانگیری صفحات 11-18

    دوفلزی های آلومینیوم- مس، کاربرد فراوانی در خطوط انتقال و توزیع نیرو و دیگر ادوات الکتریکی و الکترونیکی یافته اند. در حین کار و در اثر عبور جریان الکتریکی، این دوفلزی ها گرم شده و افزایش دما، منجر به تغییرات ریزساختاری و خواص در فصل مشترک آنها می شود. هدف از انجام این پژوهش، بررسی رفتار پیرسازی دوفلزی مس- آلومینیوم ساخته شده به روش جوش اصطکاکی، تحت تاثیر متغیرهای جریان و زمان بود. پیرسازی دوفلزی ها، تحت جریان الکتریکی 250A تا 500A ، سبب گرم شدن قطعات، به ترتیب، تا دمای اولیه C150 و C250  شد. نتایج نشان داد که افزایش جریانالکتریکی از 250A تا 500A  منجر به افزایش نرخ رشد فازهای بین فلزی و افزایش مقاومت الکتریکی می شود. همچنین، فازهای متحمل در فصل مشترک، CuAl2 ، CuAl، Cu4Al3، Cu3Al2 هستند.

    کلیدواژگان: اتصال دوفلزی، جوش اصطکاکی، پیرسازی آلومینیوم- مس، پیرسازی الکتریکی، فازهای بین فلزی
  • حسین محمودی چناری*، فاطمه متقیان صفحات 19-25
    هدف از این پژوهش، مشخصه یابی الیاف اکسید کبالت تهیه شده به روش الکتروریسی است. بررسی ویژگی های ساختاری، ریخت شناسی، نوری و مغناطیسی الیاف، به ترتیب، با استفاده از الگوی پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی بازتابشی پخشی (DRS) و آنالیز مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی (VSM)، در دو دمای تکلیس متفاوت، صورت گرفت. الگوی پراش پرتو ایکس، فاز مکعبی را برای الیاف اکسید کبالت تکلیس شده نشان می دهد. متغیرهای ریزساختاری، از قبیل اندازه و تابع توزیع بلورک ها، با استفاده از آنالیز الگوی پراش پرتو ایکس و روش برازش کل نقش پراش (WPPM) تعیین شد. نتایج بدست آمده از تحلیل الگوی پراش پرتو ایکس و توزیع اندازه بلورک ها، افزایش اندازه بلورک ها را با افزایش دمای تکلیس، نشان می دهد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، تولید الیافی با قطر متوسط 250-200 نانومتر و با جهت گیری تصادفی را نشان می دهد. نتایج بدست آمده از طیف سنجی بازتابشی پخشی، کاهش انرژی گاف نواری الیاف را با افزایش دمای تکلیس، نشان می دهد. آنالیز مغناطیسی انجام گرفته با استفاده از VSM، فاز پارامغناطیسی الیاف را با افزایش دمای تکلیس، تایید می کند.
    کلیدواژگان: اکسید کبالت، پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنجی بازتابشی پخشی، معناطیس سنج نمونه ارتعاشی
  • مهدی حسینی* صفحات 26-34
    هدف این کار، ساخت باتری لیتیم-هوا با کارایی بالا، طراحی ساده و ارزان قیمت است. در این طراحی، از نانوکاتالیزور بر پایه کربن/CuFe2O4، با اندازه ذرات حدود 30 نانومتر، به منظور اصلاح کاتد باتری، استفاده شد. به منظور افزایش ایمنی، طول عمر و ظرفیت دشارژ باتری، از مایع یونی 1-هگزیل-3-متیل ایمیدازولیوم کلراید [Hmim][Cl]، به عنوان الکترولیت با رسانایی و پایداری حرارتی بالا، استفاده شد. ویژگی های فیزیکی و شیمیایی نانوکاتالیزور، به کمک طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA)، پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، تعیین شد. ظرفیت دشارژ باتری در دانسیته جریان mA/cm 1/0، برای باتری بدون و با کاتالیزور، به ترتیب، mAh/g 528 و mAh/g 677، بدست آمد. تعداد چرخه های شارژ/دشارژ باتری دارای نانوکاتالیزور، نسبت به باتری بدون آن، به طور قابل ملاحظه ای (تا 1000 چرخه)، افزایش یافت. پایین بودن فشار بخار (نقطه جوش> °C 350) و بالا بودن میزان پایداری گرمایی (پایداری در برابر تجزیه شدن) الکترولیت، سبب افزایش طول عمر باتری می شود. پایین بودن میزان اضافه پتانسیل نیز از دیگر مزایای باتری طراحی شده است.
    کلیدواژگان: باتری لیتیم-هوا، نانوکاتالیست بر پایه کربن CuFe2O4، الکترولیت مایع یونی [Hmim][Cl]
  • حسین مستعان*، امیرحسن محبوبی، بهمن میرزاخانی، فردین نعمت زاده صفحات 35-47

    در این پژوهش، فرایند اتصال فاز مایع گذرا، روی آلیاژ نایمونیک 75، توسط لایه واسط AWS BNi-2، به ضخامت 32 میکرون، مورد بررسی قرار گرفت. فرایند اتصال فاز مایع گذرا، در سه دمای مختلف 1050، 1100 و 1150 درجه سلسیوس، به مدت 60 دقیقه، انجام شد. از پراش پرتو ایکس، برای شناسایی مشخصات فازهای بورایدی در اتصال، استفاده شد. نتایج آزمون ها برای آلیاژ نایمونیک 75، نشان داد که زمان و درجه حرارت، تاثیر قابل مشاهده ای، روی تشکیل فازهای بورایدی، مانند بوراید کروم و بوراید نیکل دارد. همچنین، استحکام برشی این اتصالات، اندازه-گیری شد. نتایج، حاکی از آن است که ساختار اتصال، از سه منطقه انجماد هم دما، منطقه انجماد غیرهم دما و منطقه متاثر از نفوذ، تشکیل شده بود. نواحی متاثر از نفوذ نیز، با افزایش دما، از بین رفت و همگن سازی نسبی، در اتصالات، ایجاد گردید. نتایج حاصل از استحکام برشی، نشان داد با افزایش دمای اتصال دهی، از 1050 به 1150 درجه سلسیوس، استحکام برشی، از 63 به 152 مگاپاسکال، افزایش یافت. بررسی سطوح شکست اتصالات در آلیاژ نایمونیک 75، نشان داد که با افزایش دمای اتصال، حالت شکست، از ترد به نیمه ترد و در نهایت، نرم، تغییر می یابد که این موضوع، ناشی از کاهش ترکیبات بین فلزی و ساختار یوتکتیکی است.

    کلیدواژگان: اتصال فاز مایع گذرا، نایمونیک 75، رفتار شکست، تحولات فازی
  • مژده عزیزی، مهدی کلانتر * صفحات 48-59

    در این پژوهش، از روشی سریع، سازگار با محیط زیست و کم هزینه، برای تولید انبوه گرافن اکسید استفاده شده است. در این فرآیند، گرافن اکسید، از باگاس نیشکر خوزستان (به عنوان ضایعات زراعی)، طی عملیات حرارتی تک مرحله ای، در کوره مافلی، در دمای 350 درجه سلسیوس، به مدت 15 دقیقه، در محیط اکسایشی، سنتز شد. نتایج حاصل از آزمون های طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز و پراش پرتو ایکس، تشکیل گرافن اکسید را به خوبی تایید می کند. نتایج بررسی های میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نیروی اتمی، نشان می دهد که میزان چین خوردگی های ورق ه ای گرافن اکسید، کم، تعداد لایه ها، 5 تا 6 عدد، اندازه متوسط ضخامت صفحات، 5 نانومتر و متوسط ابعاد جانبی صفحات، 500 نانومتر است. آزمون سمیت این ماده سنتز شده، در غلظت های 200، 400 و 600 میکرو گرم بر میلی لیتر محیط کشت باکتری، روی باکتری های گرم مثبت استافیلوکوکوس اوریوس، سویه گرم منفی اشریشیاکلی و سودوموناس آیروژینوزا، بررسی شد. نتایج، نشان می دهد که گرافن اکسید، در غلظت های 400 و 600 میکرو گرم بر میلی لیتر، برای باکتری ها، نقش سمی و ضد باکتریایی داشته و میزان رشد باکتر ی ها، پایین است. ه مچنین، نان وورقه های گرافن اکسید، اثر ضد باکتری بیشتری نسبت به باکتری گرم مثبت، در مقایسه با باکتری های گرم منفی دارند. نتایج آنالیز حرارتی افتراقی روی باگاس نیشکر، در محیط هوا، نشان می دهد که شکل گیری گرافن اکسید، در محدوده دمایی 350 درجه سلسیوس بوده اما در محیط آرگون، این دما بالاتر است. به علاوه، نتایج آنالیز حرارتی انجام شده روی محصول گرافن اکسید سنتز شده در محیط اکسیدی، نشان دهنده شروع ناپایداری آن از دمای 60 درجه سلسیوس است.

    کلیدواژگان: گرافن اکسید، سنتز، روش سبز، خواص ضدباکتری
  • مجید رستگار رامشه، علی اصغر بهنام قادر*، علی خانلرخانی صفحات 60-75

    بسپارهای تخریب پذیر زیستی با ماهیت غیرسمی و زیست سازگار، در مهندسی بافت و رهایش دارو کاربرد دارند. مصرف ریزذرات بسپار طبیعی، به‌صورت مستقل یا در ترکیب با مواد دیگر، با کاربردهای گوناگون ازجمله زیست مواد تزریق پذیر، در حال گسترش است. در این پژوهش، برهم‌کنش بسپارهای زیستی ژلاتین و سدیم آلژینات در ساخت ریزکرات، مطالعه شد. برهم‌کنش این دو بسپار، متاثر از pH، بار الکتریکی و غلظت آن‌ها است و واکنش الکترواستاتیک بین پروتئین های با بار مثبت و پلی ساکاریدهای آنیونی، منجر به تشکیل فازهای محلول و نامحلول می شود؛ بنابراین، تاثیر نسبت مخلوط کلوییدی و pH، در هم انباشتی بررسی گردید. در ابتدا، وزن مولکولی ژلاتین با روش حلال زدایی، باریک شد و رنگ نگاری ژل تراوایی (GPC)، خروج ژلاتین با وزن مولکولی کم را تایید کرد. بررسی مایع شناور مخلوط های کلوییدی با آزمون طیف سنجی مریی فرابنفش (UV-Vis)، نشان داد که هم انباشتی بهینه، در نسبت ژلاتین به سدیم آلژینات برابر چهار و pH برابر 65/3 رخ داده است. طی این فرایند، ریزکرات در اندازه 10 تا 25 میکرومتر با سطوحی صاف تشکیل شد و با افزایش مقدار جنیپین، تمایل به هم نشینی ذرات مستقل ریزکرات بیشتر می شود. تغییر اندک ژلاتین در طیف دورنگ‌نمایی دورانی (CD)، برهم‌کنش با سدیم آلژینات را نشان می‌دهد و مشاهده گروه عاملی آمید در طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) نیز، آن را تایید می‌کند. نتایج دمانگاشت آزمون DSC، نشان‌دهنده افزایش دمای تخریب ریزکرات دارای مقادیر بیشتر جنیپین بوده است.

    کلیدواژگان: ریزکرات، ژلاتین، سدیم آلژینات، جنیپین، پلی الکترولیت
|
  • Mohsen Samiee, Zahra Sadat Seyedraoufi, MohammadJavad Eshraghi * Pages 1-10

    Abstract     Nowadays, magnesium alloys such as a new generation of biodegradable materials have been noticed by researchers. In this study, to the sanitation of biodegradability and biocompatibility of magnesium alloys, TiO2/MgO dual layer coating was formed by magnetron sputtering on AZ91 and the microstructure, corrosion behavior and biocompatibility properties of coating were investigated. The coating microstructure was studied via field emission scanning electron microscopy (FESEM) X-ray diffraction (XRD). The corrosion resistance of the substrate and coated sample was evaluated by electrochemical polarization test in simulated body solution (SBF). To evaluate biocompatibility MTT and cell viability tests were used. The results showed that the corrosion potential after the surface coating with TiO2/ MgO was more positive, changing from 1.532 V for the uncoated sample to 1.436 V for the coated sample.. The coating was observed in quasi-spherical morphology with MgTi2O5 and MgTiO3 phases in interface of coating and substrate and two layers of coating too according to XRD analysis results. The results of the biocompatibility tests also showed that the viability of the osteoblastic cells on the coated sample increased compared to substrate.

    Keywords: Mg Alloy, TiO2, MgO coating, Magnetron Sputtering Corrosion, Biocompatibility
  • Azam Bajgholi, Mahdi Mirzaei *, MohammadReza Jahangiri Pages 11-18

    Al/Cu bimetals have many applications in power lines. During operation and due to the crossing electrical current, bimetals are heated and the temperature increases, resulting in microstructural changes and properties alternation in the interface areas. The aim of this article is to study aging treatment of friction welded Cu/Al bimetallic joint, in the presence of electrical current. Aging of bimetals was carried out under electric currents of 250 A and 500 A, which caused the components to warm up to initial temperatures of 150 °C and 250 °C, respectively. The results show that electrical current increase from 250 A to 500 A leads to increase intermetallic grows rate and increase electrical resistance. Also, the possible stable phases at the interface are CuAl2, CuAl, Cu4Al3, and Cu3Al2.

    Keywords: Bimetal clamp, Friction welding, Aluminum-Copper Aging, electrical aging, Intermetallic phases
  • Hossein Mahmoudi Chenari *, Fatemeh Mottaghian Pages 19-25
    The aim of this work is the characterization of the Co3O4 fibres, prepared by the electrospinning method. The investigation of the structural, morphological,optical, and magnetic properties of electrospun fibres at two different calcination temperatures was conducted by X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Diffuse Reflectance Spectra (DRS), and Vibrating Sample Magnetometer (VSM). XRD indicates the cubic phase of the calcined Co3O4 fibres. The microstructural parameters such as crystallite size and its distribution are determined from the X-ray diffraction pattern analysis using the whole powder pattern modeling (WPPM) approach. The results obtained from the X-ray diffraction pattern analysis and crystallite size distribution shows an increase in the crystallite size with calcination temperature. The SEM images show the formation of randomly oriented fibres with diameters in the range of 200-250 nm after calcination. The DRS results show a decrease in the band gap energy with increasing calcination temperature. The magnetic analysis performed by VSM, confirms a paramagnetic phase of fibres at elevated calcination temperatur.
    Keywords: Cobalt (II, III) Oxide(Co3O4), X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM), Diffuse Reflectance Spectra (DRS), Vibrating Sample Magnetometer (VSM)
  • Mehdi Hosseini * Pages 26-34
    The purpose of this work is to make lithium-air battery with a high performance, simple design, and inexpensive. In this design, a carbon/CuFe2O4 based nanocatalyst with a particle size of ≈ 30 nm was used to modify the battery cathode. The ionic liquid of 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride [Hmim][Cl] was used as an electrolyte with high conductivity and thermal stability to increase the safety, lifetime, and discharge capacity of the battery. Physiochemical properties of the nanocatalyst were determined by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermal Gravimetric Analysis (TGA), X-Ray Diffraction (XRD), and Scanning Electron Microscopy (SEM). The battery discharge capacity at a current density of 0.1 mA/cm for a battery without and with nanocatalyst was obtained 528 mAh/g and 677 mAh/g, as respectively. The charge-discharge cycles of battery containing nanocatalyst were significantly increased (up to 1000 cycles) compared to the sole battery. Low vapor pressure (boiling point > 350 °C) and high thermal stability (stability against decomposition) of the electrolyte increase battery lifetime. One of the advantages of the designed battery is low overpotential amount.
    Keywords: Li-Air Battery, Carbon, CuFe2O4 Nanocatalyst, [Hmim][Cl] Ionic Liquid Electrolyte
  • Hossein Mostaan *, AmirHassan Mahboubi, Bahman Mirzakhani, Fardin Nematzadeh Pages 35-47

    In this research, the transient liquid phase bonding process on Nimonic alloy 75 was investigated using an AWS BNi-2 interlayer with a 32 μm thickness. The transient liquid phase bonding process was performed at 1050 °C, 1100 °C, and 1150 °C for 60 min. X- ray diffraction (XRD) technique was employed to identify the Boride phases in the joint area. For the Nimonic 75 alloy, the experimental results showed that the temperature and time have an evident effect on the phase constituents of the Boride phases, i.e., CrB and Ni2B. Also, the shear strength of TLP joints was measured. The results indicated that the joint microstructure consisted of three zones, including isothermal solidification zone (ISZ), thermal solidification zone, and diffusion affected zone. The diffusion affected zone of the Nimonic 75 alloy was vanished and the homogenization process occurred by increasing the bonding time. The results of shear strength showed that the bonding strength was increased from 63 MPa to 152 MPa with increasing the bonding temperature from 1050 to 1150 °C, respectively. Analysis of fracture surfaces showed that the fracture mode changed from brittle, semi-brittle and finally ductile mode by increase in bonding temperature which is due to the decrease in volume fraction of brittle intermetallic phases and eutectic structureany sort of image, illustration, figure, or table.

    Keywords: Transient liquid phase bonding, Nimonic 75, Fracture behavior, Phase evolutions
  • Mojdeh Azizi, Mahdi Kalantar * Pages 48-59

    In this research, a fast, environmentally friendly, and low-cost method has been used for the synthesis of large-scale production of graphene oxide. In this process, graphene oxide was synthesized via single-step reforming of sugarcane bagasse agricultural waste by oxidation under muffled atmosphere conditions at 350 ºC and for 15 minutes. The results of Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction analyses confirm the formation of graphene oxide. The results of scanning electron microscopy and atomic force microscopy studies show that the graphene oxide sheets are with few wrinkles, the number of layers is 5-6 layers, the average size of the plate thickness is 5 nm, and the average lateral dimensions of the plates is 500 nm. The synthesized graphene oxide was evaluated by the toxicity test at concentrations of 200, 400, and 600 μg/ml on Gram-positive bacteria, “Streptococcus iniae”, and Gram-negative bacteria, “Escherichia coli” and “Pseudomonas aeruginosa”. The results show that graphene oxide at concentrations of 400 and 600 μg / ml has a toxic and an antibacterial agent for bacteria and it has reduced the growth rate of bacteria. In addition, graphene oxide nanosheets are more toxic to gram-positive bacteria than gram-negative bacteria. The results of differential thermal analysis on sugarcane bagasse show that the formation of graphene oxide in air is at a temperature of 350 °C but it is in argon atmosphere is higher. In addition, the results of the thermal analysis performed on the synthesized graphene oxide in the air atmosphere indicate that its instability begins at 60 °C.

    Keywords: graphene oxide, Synthesis, Green method, antibacterial properties
  • Majid Rastegar Ramsheh, Aliasghar Behnamghader*, Ali khanlarkhani Pages 60-75

    The Biodegradable polymers with non-toxic and biocompatible nature have applications in tissue engineering and drug delivery. The use of natural polymer microbeads independently or in combination with other materials is gaining ground in various applications including injectable biomaterials. In this research, the interaction of gelatin and sodium alginate biopolymers was investigated in the manufacture of microsphere. The interaction between these two polymers was influenced by their pH, charge, and concentration. The electrostatic reaction between positively charged proteins and anionic polysaccharides led to the formation of soluble and insoluble phases. Therefore, the effect of pH and colloidal ratio was examined on the Coacervation. First, gelatin molecular weight was narrowed by Desolvation method, and GPC confirmed the elimination of low molecular weight gelatin. The supernatants of colloidal mixtures were analyzed by UV-Vis test, and the results revealed that optimum coacervation occurred at a gelatin/sodium alginate ratio of four and a pH value of 3.65. During this process, microsphere formed with smooth surfaces in a size range of 10-25 µm. An increase in the amount of genipin raised the aggregation tendency in independent microbeads. A slight change of gelatin in Circular Dichroism (CD) reflected the interaction with sodium alginate, which was confirmed by the amide functional group in the Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy. Results of Thermogram of Differential Scanning Calorimetry (DSC) indicated an increase in the degradation temperature of microspheres containing higher amounts of genipin.

    Keywords: Microsphere, Gelatin, Na Alginate, Genipin, Polyelectrolyte